O conceito de "velocidade" é bastante comum na literatura. Sabe-se da física que quanto maior a distância percorrida por um corpo material (uma pessoa, um trem, uma nave espacial) em um determinado período de tempo, maior a velocidade desse corpo.

Mas como medir a velocidade de uma reação química que “não vai a lugar nenhum” e não supera nenhuma distância? Para responder a essa pergunta, é necessário saber o que sempre alterações em algum reação química? Como qualquer reação química é um processo de mudança de uma substância, a substância original desaparece nela, transformando-se em produtos da reação. Assim, no curso de uma reação química, a quantidade de uma substância sempre muda, o número de partículas das substâncias iniciais diminui e, portanto, sua concentração (C).

A tarefa do exame. A velocidade de uma reação química é proporcional à variação:

1. concentração de uma substância por unidade de tempo;
2. a quantidade de substância por unidade de volume;
3. massa de matéria por unidade de volume;
4. o volume da substância durante a reação.

Agora compare sua resposta com a correta:

a velocidade de uma reação química é igual à variação na concentração do reagente por unidade de tempo

Onde A partir de 1 e De 0- concentrações de reagentes, final e inicial, respectivamente; t1 e t2- o tempo do experimento, o intervalo de tempo final e inicial, respectivamente.

Pergunta. Qual valor você acha que é maior? A partir de 1 ou De 0? t1 ou t0?

Como os reagentes são sempre consumidos em uma dada reação, então

Assim, a razão dessas grandezas é sempre negativa, e a velocidade não pode ser um valor negativo. Portanto, o sinal de menos aparece na fórmula, o que indica simultaneamente que a velocidade algum reações ao longo do tempo (sob condições constantes) sempre diminui.

Portanto, a velocidade de uma reação química é:

Surge a questão, em quais unidades a concentração de reagentes (C) deve ser medida e por quê? Para respondê-la, você precisa entender qual é a condição a Principal para que qualquer reação química ocorra.

Para que as partículas reajam, elas devem pelo menos colidir. É por isso quanto maior o número de partículas * (número de mols) por unidade de volume, mais frequentemente eles colidem, maior a probabilidade de uma reação química.

* Leia a lição 29.1 sobre o que é “toupeira”.

Portanto, ao medir as taxas de processos químicos, utiliza-se concentração molar substâncias em misturas reagentes.

A concentração molar de uma substância mostra quantos mols dela estão contidos em 1 litro de solução.

Assim, quanto maior a concentração molar dos reagentes, mais partículas por unidade de volume, mais frequentemente colidem, maior (ceteris paribus) a velocidade da reação química. Portanto, a lei básica da cinética química (esta é a ciência da velocidade das reações químicas) é lei da ação de massa.

A velocidade de uma reação química é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes.

Para uma reação do tipo A + B → ... matematicamente, essa lei pode ser expressa da seguinte forma:

Se a reação for mais complexa, por exemplo, 2A + B → ou, que é o mesmo, A + A + B → ..., então

Assim, o expoente apareceu na equação da velocidade « dois» , que corresponde ao coeficiente 2 na equação da reação. Para equações mais complexas, os expoentes grandes geralmente não são usados. Isso se deve ao fato de que a probabilidade de uma colisão simultânea de, digamos, três moléculas A e duas moléculas B é extremamente pequena. Portanto, muitas reações ocorrem em vários estágios, durante os quais não mais do que três partículas colidem, e cada estágio do processo prossegue em uma determinada taxa. Essa velocidade e a equação cinética da velocidade para ela são determinadas experimentalmente.

As equações de taxa de reação química acima (3) ou (4) são válidas apenas para homogêneo reações, ou seja, para tais reações quando as substâncias reagentes não compartilham a superfície. Por exemplo, a reação ocorre em uma solução aquosa, e ambos os reagentes são altamente solúveis em água ou em qualquer mistura de gases.

Outra coisa é quando heterogêneo reação. Neste caso, existe uma interface entre os reagentes, por exemplo, dióxido de carbono gás reage com a água soluçãoálcalis. Nesse caso, qualquer molécula de gás tem a mesma probabilidade de entrar em uma reação, uma vez que essas moléculas se movem rápida e aleatoriamente. E as partículas líquidas? Essas partículas se movem extremamente lentamente, e as partículas alcalinas que estão "no fundo" quase não têm chance de reagir com o dióxido de carbono se a solução não for constantemente agitada. Apenas as partículas que "estão na superfície" reagirão. Então para heterogêneo reações -

a taxa de reação depende do tamanho da área de interface, que aumenta com a moagem.

Portanto, muitas vezes as substâncias reagentes são esmagadas (por exemplo, são dissolvidas em água), os alimentos são completamente mastigados e, durante o processo de cozimento, são moídos, passados ​​por um moedor de carne etc. digerido!

Assim, com uma velocidade máxima (ceteris paribus), reações homogêneas ocorrem em soluções e entre gases (se esses gases reagem em n.a.), além disso, em soluções onde as moléculas estão localizadas “lado a lado”, e a moagem é a mesma que em gases (e ainda mais!), - a taxa de reação é maior.

A tarefa do exame. Qual das seguintes reações ocorre mais rapidamente à temperatura ambiente?

1. carbono com oxigênio;
2. ferro com ácido clorídrico;
3. ferro com solução de ácido acético
4. soluções de ácido alcalino e sulfúrico.

Nesse caso, você precisa descobrir qual processo é homogêneo.

Deve-se notar que a velocidade de uma reação química entre gases ou uma reação heterogênea na qual um gás está envolvido também depende da pressão, pois à medida que a pressão aumenta, os gases são comprimidos e a concentração de partículas aumenta (ver fórmula 2). A velocidade das reações nas quais os gases não participam não é afetada por uma mudança na pressão.

A tarefa do exame. A velocidade de uma reação química entre uma solução ácida e o ferro não é afetada

1. concentração ácida;
2. ferro de moer;
3. temperatura de reação;
4. aumento da pressão.

Finalmente, a velocidade da reação também depende da reatividade das substâncias. Por exemplo, se o oxigênio reage com uma substância, então, ceteris paribus, a taxa de reação será maior do que quando a mesma substância interage com o nitrogênio. O fato é que a reatividade do oxigênio é muito maior que a do nitrogênio. Consideraremos a razão desse fenômeno na próxima parte do Tutorial (lição 14).

A tarefa do exame. A reação química entre o ácido clorídrico e

1. cobre;
2. ferro;
3. magnésio;
4. zinco.

Deve-se notar que nem toda colisão de moléculas leva à sua interação química (reação química). Em uma mistura gasosa de hidrogênio e oxigênio, em condições normais, ocorrem vários bilhões de colisões por segundo. Mas os primeiros sinais da reação (gotas de água) aparecerão no frasco somente após alguns anos. Nesses casos, diz-se que a reação praticamente não vai. Mas ela possível, caso contrário, como explicar o fato de que, quando essa mistura é aquecida a 300 ° C, o frasco embaça rapidamente e, a uma temperatura de 700 ° C, uma terrível explosão trovejará! Não é à toa que a mistura de hidrogênio e oxigênio é chamada de "gás explosivo".

Pergunta. Por que você acha que a taxa de reação aumenta tão dramaticamente quando aquecida?

A taxa de reação aumenta porque, em primeiro lugar, o número de colisões de partículas aumenta e, em segundo lugar, o número ativo colisões. São colisões ativas de partículas que levam à sua interação. Para que tal colisão ocorra, as partículas devem ter uma certa quantidade de energia.

A energia que as partículas devem ter para que uma reação química ocorra é chamada de energia de ativação.

Essa energia é gasta na superação das forças repulsivas entre os elétrons externos de átomos e moléculas e na destruição de ligações químicas "antigas".

Surge a pergunta: como aumentar a energia das partículas reagentes? A resposta é simples - aumentar a temperatura, pois com o aumento da temperatura, a velocidade de movimento das partículas aumenta e, consequentemente, sua energia cinética.

regra Van't Hoff*:

para cada aumento de 10 graus na temperatura, a taxa de reação aumenta em 2-4 vezes.

VANT HOFF Jacob Hendrik(30/08/1852–01/03/1911) - Químico holandês. Um dos fundadores da físico-química e da estereoquímica. Prêmio Nobel de Química No. 1 (1901).

Deve-se notar que esta regra (não uma lei!) foi estabelecida experimentalmente para reações que são “convenientes” para medição, ou seja, para tais reações que não se processam nem muito rápido nem muito devagar e em temperaturas acessíveis ao experimentador (não muito alto e não muito baixo).

Pergunta. O que você acha, como cozinhar batatas o mais rápido possível: ferva-as ou frite-as em uma camada de óleo?

Para entender adequadamente o significado dos fenômenos descritos, podemos comparar as moléculas reagentes com um grupo de alunos que estão prestes a pular alto. Se lhes for dada uma barreira de 1 m de altura, os alunos terão que se espalhar adequadamente (aumentar sua “temperatura”) para superar a barreira. No entanto, sempre haverá alunos (“moléculas inativas”) que não conseguirão superar essa barreira.

O que fazer? Se você aderir ao princípio: "Uma pessoa inteligente não vai subir, uma pessoa inteligente vai contornar a montanha", então você deve simplesmente baixar a barreira, digamos, para 40 cm. Então qualquer aluno será capaz de superar a barreira. No nível molecular, isso significa: Para aumentar a velocidade de uma reação, é necessário diminuir a energia de ativação neste sistema..

Em processos químicos reais, essa função é desempenhada por um catalisador.

Catalisadoré uma substância que altera a velocidade de uma reação química enquanto permanece inalterado no final de uma reação química.

Catalisador envolvido em uma reação química, interagindo com uma ou mais substâncias iniciais. Nesse caso, compostos intermediários são formados e a energia de ativação muda. Se o composto intermediário é mais ativo (complexo ativo), então a energia de ativação diminui e a velocidade da reação aumenta.

Por exemplo, a reação entre SO 2 e O 2 é muito lenta, em condições normais praticamente não vai. Mas na presença de NO, a taxa de reação aumenta dramaticamente. Primeiro NÃO muito rápido reage com O 2:

dióxido de nitrogênio produzido velozes reage com óxido de enxofre (IV):

Tarefa 5.1. Use este exemplo para mostrar qual substância é um catalisador e qual é um complexo ativo.

Por outro lado, se mais compostos passivos são formados, a energia de ativação pode aumentar tanto que a reação sob as condições dadas praticamente não ocorrerá. Esses catalisadores são chamados inibidores.

Na prática, ambos os tipos de catalisadores são usados. Catalisadores orgânicos tão especiais - enzimas- participar de absolutamente todos os processos bioquímicos: digestão dos alimentos, contração muscular, respiração. A vida é impossível sem enzimas!

Os inibidores são necessários para proteger os produtos metálicos da corrosão, os produtos alimentares que contêm gordura da oxidação (rancidez). Alguns medicamentos também contêm inibidores que inibem as funções vitais dos microrganismos e, assim, os destroem.

A catálise pode ser homogênea ou heterogênea. Um exemplo de catálise homogênea é o efeito do NO (é um catalisador) na oxidação do dióxido de enxofre. Um exemplo de catálise heterogênea é a ação do cobre aquecido no álcool:

Essa reação ocorre em duas etapas:

Tarefa 5.2. Qual substância é o catalisador neste caso? Por que esse tipo de catálise é chamado de heterogêneo?

Na prática, a catálise heterogênea é mais frequentemente usada, onde substâncias sólidas servem como catalisadores: metais, seus óxidos, etc. Na superfície dessas substâncias existem pontos especiais (sítios da rede cristalina), onde, de fato, a reação catalítica ocorre. Se esses pontos estiverem fechados com matéria estranha, a catálise para. Essa substância, prejudicial ao catalisador, é chamada de veneno catalítico. Outras substâncias - promotores- pelo contrário, aumentam a atividade catalítica.

Um catalisador pode mudar a direção de uma reação química, ou seja, mudando o catalisador, diferentes produtos de reação podem ser obtidos. Assim, o butadieno pode ser obtido a partir do álcool C 2 H 5 OH na presença de óxidos de zinco e alumínio, e o etileno pode ser obtido na presença de ácido sulfúrico concentrado.

Assim, no curso de uma reação química, a energia do sistema muda. Se durante a reação energia é liberada em forma de calor Q, esse processo é chamado exotérmico:

Por endo processos térmicos o calor é absorvido, ou seja, efeito térmico Q< 0 .

Tarefa 5.3. Determine qual dos processos propostos é exotérmico e qual é endotérmico:

A equação da reação química na qual efeito térmico, é chamada de equação da reação termoquímica. Para elaborar tal equação, é necessário calcular o efeito térmico por 1 mol do reagente.

Uma tarefa. Ao queimar 6 g de magnésio, 153,5 kJ de calor foram liberados. Escreva uma equação termoquímica para esta reação.

Solução. Vamos compor a equação da reação e indicar SOBRE as fórmulas que são dadas:

Compilando a proporção, encontramos o efeito térmico desejado da reação:

A equação termoquímica para esta reação é:

Tais tarefas são dadas em tarefas maioria opções de exames! Por exemplo.

A tarefa do exame. De acordo com a equação de reação termoquímica

a quantidade de calor liberada durante a combustão de 8 g de metano é:

Reversibilidade de processos químicos. Princípio de Le Chatelier

* LE CHATELIER Henri Louis(8/10/1850–17/09/1936) - Físico-químico e metalúrgico francês. Formulou a lei geral do deslocamento de equilíbrio (1884).

As reações são reversíveis e irreversíveis.

irreversível chamadas de reações para as quais não há condições sob as quais o processo inverso seja possível.

Um exemplo de tais reações são as reações que ocorrem quando o leite está azedo, ou quando uma saborosa costeleta é queimada. Assim como é impossível colocar carne picada de volta no moedor de carne (e pegar um pedaço de carne novamente), também é impossível “reanimar” uma costeleta ou fazer leite fresco.

Mas vamos nos fazer uma pergunta simples: o processo é irreversível:

Para responder a esta pergunta, vamos tentar lembrar se é possível realizar o processo inverso? Sim! A decomposição do calcário (giz) para a obtenção de cal viva CaO é utilizada em escala industrial:

Assim, a reação é reversível, uma vez que existem condições sob as quais Ambas processo:

Além disso, existem condições em que a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação inversa.

Sob essas condições, um equilíbrio químico é estabelecido. Neste momento, a reação não para, mas o número de partículas obtidas é igual ao número de partículas decompostas. É por isso em um estado de equilíbrio químico, as concentrações de partículas reagentes não mudam. Por exemplo, para o nosso processo no momento do equilíbrio químico

sinal significa concentração de equilíbrio.

Surge a pergunta: o que acontecerá com o equilíbrio se a temperatura aumentar ou diminuir ou se outras condições forem alteradas? Essa pergunta pode ser respondida sabendo Princípio de Le Chatelier:

se mudarmos as condições (t, p, c) sob as quais o sistema está em estado de equilíbrio, então o equilíbrio se deslocará para o processo que resiste à mudança.

Em outras palavras, o sistema de equilíbrio sempre se opõe a qualquer influência externa, como uma criança caprichosa se opõe à vontade de seus pais, que fazem “tudo ao contrário”.

Considere um exemplo. Seja estabelecido o equilíbrio na reação de obtenção de amônia:

Perguntas. O número de mols de gases reagentes é o mesmo antes e depois da reação? Se a reação ocorre em um volume fechado, quando a pressão é maior: antes ou depois da reação?

Obviamente, esse processo ocorre com a diminuição do número de moléculas de gás, o que significa que pressão diminui durante a reação direta. NO marcha ré reações - pelo contrário, a pressão na mistura aumenta.

Perguntemo-nos o que aconteceria se neste sistema levantar pressão? De acordo com o princípio de Le Chatelier, a reação que "faz o oposto", ou seja, abaixa pressão. Esta é uma reação direta: menos moléculas de gás - menos pressão.

Então, no promoção pressão, o equilíbrio se desloca para o processo direto, onde a pressão diminui à medida que o número de moléculas diminui gases.

A tarefa do exame. No promoção pressão muda o equilíbrio certo no sistema:

Se como resultado da reação número de moléculas gases não muda, então uma mudança na pressão não afeta a posição de equilíbrio.

A tarefa do exame. Uma mudança na pressão afeta a mudança de equilíbrio no sistema:

A posição de equilíbrio desta e de qualquer outra reação depende da concentração das substâncias reagentes: aumentando a concentração das substâncias iniciais e diminuindo a concentração das substâncias resultantes, sempre deslocamos o equilíbrio para a reação direta (para a direita).

A tarefa do exame.

se deslocará para a esquerda quando:

1. aumento da pressão;
2. abaixando a temperatura;
3. aumento da concentração de CO;
4. diminuição da concentração de CO.

O processo de síntese de amônia é exotérmico, ou seja, é acompanhado pela liberação de calor, ou seja, aumento da temperatura na mistura.

Pergunta. Como o equilíbrio se deslocará neste sistema quando baixando a temperatura?

Argumentando da mesma forma, fazemos conclusão: ao baixar temperatura, o equilíbrio se deslocará para a formação de amônia, uma vez que o calor é liberado nesta reação, e a temperatura sobe.

Pergunta. Como a velocidade de uma reação química varia à medida que a temperatura diminui?

É óbvio que com a diminuição da temperatura, a velocidade de ambas as reações diminuirá drasticamente, ou seja, será necessário esperar muito tempo até que o equilíbrio desejado seja estabelecido. O que fazer? Neste caso, é necessário catalisador. Embora ele não afeta a posição de equilíbrio, mas acelera o início deste estado.

A tarefa do exame. Equilíbrio químico no sistema

desloca-se para a formação do produto da reação em:

1. aumento da pressão;
2. aumento da temperatura;
3. queda de pressão;
4. o uso de um catalisador.

conclusões

A velocidade de uma reação química depende de:

• a natureza das partículas reagentes;
• concentração ou área de interface dos reagentes;
• temperatura;
• a presença de um catalisador.

O equilíbrio é estabelecido quando a velocidade da reação direta é igual à velocidade do processo inverso. Neste caso, a concentração de equilíbrio dos reagentes não muda. O estado de equilíbrio químico depende das condições e obedece ao princípio de Le Chatelier.

A velocidade de uma reação química

A velocidade de uma reação química- mudança na quantidade de uma das substâncias reagentes por unidade de tempo em uma unidade de espaço de reação. É um conceito chave da cinética química. A velocidade de uma reação química é sempre positiva, portanto, se for determinada pela substância inicial (cuja concentração diminui durante a reação), o valor resultante é multiplicado por -1.

Por exemplo para uma reação:

a expressão para velocidade ficará assim:

. A velocidade de uma reação química em cada ponto no tempo é proporcional às concentrações dos reagentes, elevadas a potências iguais aos seus coeficientes estequiométricos.

Para reações elementares, o expoente no valor de concentração de cada substância é muitas vezes igual ao seu coeficiente estequiométrico; para reações complexas, essa regra não é observada. Além da concentração, os seguintes fatores influenciam a velocidade de uma reação química:

• a natureza dos reagentes,
• a presença de um catalisador
• temperatura (regra de van't Hoff),
• pressão,
• a área da superfície dos reagentes.

Se considerarmos a reação química mais simples A + B → C, notamos que instante a velocidade de uma reação química não é constante.

Literatura

• Kubasov A. A. Cinética química e catálise.
• Prigogine I., Defey R. Termodinâmica química. Novosibirsk: Nauka, 1966. 510 p.
• Yablonsky G.S., Bykov V.I., Gorban A.N., modelos cinéticos de reações catalíticas, Novosibirsk: Nauka (Siberian Branch), 1983.- 255 p.

Fundação Wikimedia. 2010.

Veja o que é a "Taxa de uma reação química" em outros dicionários:

Conceito básico de cinética química. Para reações homogêneas simples, a velocidade de uma reação química é medida pela mudança no número de mols da substância reagida (em um volume constante do sistema) ou pela mudança na concentração de qualquer uma das substâncias iniciais ... Grande Dicionário Enciclopédico

TAXA DE REAÇÃO QUÍMICA- o conceito básico de química. cinética, expressando a razão entre a quantidade da substância reagida (em moles) para o período de tempo durante o qual a interação ocorreu. Como as concentrações dos reagentes mudam durante a interação, a taxa geralmente é ... Grande Enciclopédia Politécnica

taxa de reação química- um valor que caracteriza a intensidade de uma reação química. A taxa de formação de um produto de reação é a quantidade deste produto como resultado de uma reação por unidade de tempo por unidade de volume (se a reação for homogênea) ou por ... ...

Conceito básico de cinética química. Para reações homogêneas simples, a velocidade de uma reação química é medida por uma mudança no número de mols da substância reagida (em um volume constante do sistema) ou por uma mudança na concentração de qualquer uma das substâncias iniciais ... dicionário enciclopédico

Um valor que caracteriza a intensidade de uma reação química (consulte Reações Químicas). A taxa de formação de um produto de reação é a quantidade deste produto resultante da reação por unidade de tempo em unidade de volume (se ... ...

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Para reações complexas que consistem em vários. estágios (reações simples ou elementares), o mecanismo é um conjunto de estágios, como resultado dos quais os iniciais em va são convertidos em produtos. Intermediário em você nessas reações podem atuar como moléculas, ... ... Ciência natural. dicionário enciclopédico

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A transformação de uma substância em outra, diferente da original em composição química ou estrutura. O número total de átomos de cada elemento dado, bem como os próprios elementos químicos que compõem as substâncias, permanecem em R. x. inalterado; esse R.x... Grande Enciclopédia Soviética

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Conceitos básicos estudados:

A velocidade das reações químicas

Concentração molar

Cinética

Reações homogêneas e heterogêneas

FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES QUÍMICAS

catalisador, inibidor

Catálise

Reações reversíveis e irreversíveis

Equilíbrio químico

As reações químicas são reações nas quais outras substâncias são obtidas de uma substância (novas substâncias são formadas a partir das substâncias originais). Algumas reações químicas ocorrem em frações de segundo (uma explosão), enquanto outras levam minutos, dias, anos, décadas, etc.

Por exemplo: a reação de queima da pólvora ocorre instantaneamente com ignição e explosão, e a reação de escurecimento da prata ou ferrugem do ferro (corrosão) prossegue tão lentamente que é possível acompanhar seu resultado somente após muito tempo.

Para caracterizar a velocidade de uma reação química, é usado o conceito de velocidade de uma reação química - υ.

A velocidade de uma reação químicaé a variação na concentração de um dos reagentes da reação por unidade de tempo.

A fórmula para calcular a velocidade de uma reação química é:

υ =	de 2 a 1	=	∆s
t2 - t1	∆t

c 1 - concentração molar da substância no tempo inicial t 1

c 2 - concentração molar da substância no tempo inicial t 2

uma vez que a velocidade de uma reação química é caracterizada por uma mudança na concentração molar das substâncias reagentes (substâncias iniciais), então t 2 > t 1 e c 2 > c 1 (a concentração das substâncias iniciais diminui à medida que a reação prossegue ).

Concentração(ões) molar(es)é a quantidade de substância por unidade de volume. A unidade de medida da concentração molar é [mol/l].

O ramo da química que estuda a velocidade das reações químicas é chamado de cinética química. Conhecendo suas leis, uma pessoa pode controlar processos químicos, definir uma certa velocidade.

Ao calcular a velocidade de uma reação química, deve-se lembrar que as reações são divididas em homogêneas e heterogêneas.

Reações homogêneas- reações que ocorrem no mesmo ambiente (ou seja, os reagentes estão no mesmo estado de agregação; por exemplo: gás + gás, líquido + líquido).

reações heterogêneas- são reações que ocorrem entre substâncias em um meio não homogêneo (existe uma interface de fase, ou seja, as substâncias reagentes estão em um estado diferente de agregação; por exemplo: gás + líquido, líquido + sólido).

A fórmula acima para calcular a velocidade de uma reação química é válida apenas para reações homogêneas. Se a reação é heterogênea, então ela só pode ocorrer na interface entre os reagentes.

Para uma reação heterogênea, a velocidade é calculada pela fórmula:

∆ν - mudança na quantidade de substância

S é a área da interface

∆ t é o intervalo de tempo durante o qual a reação ocorreu

A velocidade das reações químicas depende de vários fatores: a natureza dos reagentes, a concentração de substâncias, temperatura, catalisadores ou inibidores.

Dependência da velocidade da reação com a natureza dos reagentes.

Vamos analisar essa dependência da taxa de reação por exemplo: vamos colocar em dois tubos de ensaio, que contêm a mesma quantidade de solução de ácido clorídrico (HCl), grânulos metálicos da mesma área: no primeiro tubo de ensaio, um grânulo de ferro (Fe) e no segundo - um magnésio (Mg) grânulo. Como resultado das observações, de acordo com a taxa de evolução do hidrogênio (H 2), pode-se ver que o magnésio reage com o ácido clorídrico a uma taxa mais alta do que o ferro. A taxa de uma determinada reação química é influenciada pela natureza do metal (ou seja, o magnésio é um metal mais reativo que o ferro e, portanto, reage mais vigorosamente com o ácido).

Dependência da velocidade das reações químicas da concentração dos reagentes.

Quanto maior a concentração da substância reagente (inicial), mais rápido a reação prossegue. Por outro lado, quanto menor a concentração do reagente, mais lenta a reação.

Por exemplo: despejaremos uma solução concentrada de ácido clorídrico (HCl) em um tubo de ensaio e uma solução diluída de ácido clorídrico em outro. Colocamos em ambos os tubos de ensaio um grânulo de zinco (Zn). Observamos, pela taxa de evolução do hidrogênio, que a reação será mais rápida no primeiro tubo de ensaio, pois a concentração de ácido clorídrico nele é maior do que no segundo tubo de ensaio.

Para determinar a dependência da velocidade de uma reação química, lei da ação das massas (atuantes) : a velocidade de uma reação química é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, tomadas em potências iguais aos seus coeficientes.

Por exemplo, para uma reação que ocorre de acordo com o esquema: nA + mB → D , a velocidade de uma reação química é determinada pela fórmula:

υ ch.r. = k C (A) n C (B) m , Onde

υ x.r - taxa de reação química

C(A)- MAS

CV) - concentração molar de uma substância NO

n e m - seus coeficientes

k- constante de velocidade de reação química (valor de referência).

A lei da ação das massas não se aplica a substâncias que estão no estado sólido, porque sua concentração é constante (devido ao fato de que reagem apenas na superfície, que permanece inalterada).

Por exemplo: para uma reação 2 Cu + O 2 \u003d 2 CuO a velocidade da reação é determinada pela fórmula:

υ ch.r. \u003d k C (O 2)

PROBLEMA: A constante de velocidade da reação 2A + B = D é 0,005. calcule a taxa de reação em uma concentração molar da substância A \u003d 0,6 mol / l, substância B \u003d 0,8 mol / l.

A dependência da velocidade de uma reação química com a temperatura.

Essa dependência é determinada regra de van't Hoff (1884): com um aumento de temperatura a cada 10 ° C, a velocidade de uma reação química aumenta em média 2-4 vezes.

Assim, a interação de hidrogênio (H 2) e oxigênio (O 2) quase não ocorre à temperatura ambiente, então a velocidade dessa reação química é muito baixa. Mas a uma temperatura de 500 C sobre esta reação prossegue em 50 minutos, e a uma temperatura de 700 C aproximadamente - quase instantaneamente.

A fórmula para calcular a velocidade de uma reação química de acordo com a regra de van't Hoff:

onde: υ t 1 e υ t 2 são as taxas de reações químicas em t 2 e t 1

γ é o coeficiente de temperatura, que mostra quantas vezes a taxa de reação aumenta com o aumento da temperatura em 10 ° C.

Mudança na taxa de reação:

2. Substitua os dados do enunciado do problema na fórmula:

A dependência da taxa de reação de substâncias especiais - catalisadores e inibidores.

Catalisador Substância que aumenta a velocidade de uma reação química, mas não participa dela.

Inibidor Substância que retarda uma reação química, mas não participa dela.

Exemplo: em um tubo de ensaio com uma solução de peróxido de hidrogênio a 3% (H 2 O 2), que é aquecida, vamos adicionar uma lasca fumegante - ela não acenderá, porque a taxa de reação de decomposição do peróxido de hidrogênio em água (H 2 O) e oxigênio (O 2) é muito baixa, e o oxigênio resultante não é suficiente para realizar uma reação qualitativa ao oxigênio (manutenção da combustão). Agora vamos adicionar um pouco de pó preto de óxido de manganês (IV) (MnO 2) no tubo de ensaio e veremos que uma rápida evolução de bolhas de gás (oxigênio) começou, e a tocha fumegante introduzida no tubo de ensaio acende brilhantemente. O MnO 2 é um catalisador para essa reação, acelerou a taxa de reação, mas não participou dela (isso pode ser comprovado pesando o catalisador antes e depois da reação - sua massa não mudará).

Objetivo: o estudo da velocidade de uma reação química e sua dependência de vários fatores: a natureza dos reagentes, concentração, temperatura.

As reações químicas ocorrem em velocidades diferentes. A velocidade de uma reação químicaé chamada de mudança na concentração do reagente por unidade de tempo. É igual ao número de atos de interação por unidade de tempo por unidade de volume para uma reação que ocorre em um sistema homogêneo (para reações homogêneas), ou por unidade de interface para reações que ocorrem em um sistema heterogêneo (para reações heterogêneas).

Taxa média de reação v cf. no intervalo de tempo de t1 antes da t2é determinado pela relação:

Onde A partir de 1 e De 2é a concentração molar de qualquer participante na reação em pontos de tempo t1 e t2 respectivamente.

O sinal “–“ na frente da fração refere-se à concentração das substâncias iniciais, Δ A PARTIR DE < 0, знак “+” – к концентрации продуктов реакции, ΔA PARTIR DE > 0.

Os principais fatores que afetam a velocidade de uma reação química são a natureza dos reagentes, sua concentração, pressão (se gases estão envolvidos na reação), temperatura, catalisador, área de interface para reações heterogêneas.

A maioria das reações químicas são processos complexos que ocorrem em vários estágios, ou seja, composto por vários processos elementares. Reações elementares ou simples são reações que ocorrem em um estágio.

Para reações elementares, a dependência da velocidade da reação com a concentração é expressa pela lei da ação das massas.

A uma temperatura constante, a velocidade de uma reação química é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, tomadas em potências iguais aos coeficientes estequiométricos.

Para uma reação geral

a A + b B ... → c C,

de acordo com a lei da ação das massas vé expresso pela relação

v = K∙s(A) a ∙ c(B) b,

Onde c(A) e c(B) são as concentrações molares dos reagentes A e B;

Paraé a constante de velocidade dessa reação, igual a v, E se c(A) a=1 e c(B)b=1, e dependendo da natureza dos reagentes, temperatura, catalisador, área de superfície da interface para reações heterogêneas.

Expressar a dependência da taxa de reação com a concentração é chamada de equação cinética.

No caso de reações complexas, a lei da ação das massas se aplica a cada estágio individual.

Para reações heterogêneas, a equação cinética inclui apenas as concentrações de substâncias gasosas e dissolvidas; sim, para queimar carvão

C (c) + O 2 (g) → CO 2 (g)

a equação da velocidade tem a forma

v \u003d K s (O 2)

Algumas palavras sobre a molecularidade e a ordem cinética da reação.

conceito "molecularidade da reação" aplicam-se apenas a reações simples. A molecularidade de uma reação caracteriza o número de partículas que participam de uma interação elementar.

Existem reações mono-, bi- e trimoleculares, nas quais participam uma, duas e três partículas, respectivamente. A probabilidade de colisão simultânea de três partículas é pequena. O processo elementar de interação de mais de três partículas é desconhecido. Exemplos de reações elementares:

N 2 O 5 → NO + NO + O 2 (monomolecular)

H 2 + I 2 → 2HI (bimolecular)

2NO + Cl 2 → 2NOCl (trimolecular)

A molecularidade de reações simples coincide com a ordem cinética geral da reação. A ordem da reação determina a natureza da dependência da velocidade com a concentração.

A ordem cinética geral (total) de uma reação é a soma dos expoentes nas concentrações dos reagentes na equação da taxa de reação, determinada experimentalmente.

À medida que a temperatura aumenta, a velocidade da maioria das reações químicas aumenta. A dependência da taxa de reação com a temperatura é aproximadamente determinada pela regra de van't Hoff.

Para cada aumento de 10 graus na temperatura, a velocidade da maioria das reações aumenta por um fator de 2-4.

onde e são as taxas de reação, respectivamente, em temperaturas t2 e t1 (t2>t1);

γ é o coeficiente de temperatura da taxa de reação, este é um número que mostra quantas vezes a taxa de uma reação química aumenta com o aumento da temperatura em 10 0.

Usando a regra de van't Hoff, só é possível estimar aproximadamente o efeito da temperatura na velocidade da reação. Uma descrição mais precisa da dependência da taxa de reação da temperatura é viável dentro da estrutura da teoria de ativação de Arrhenius.

Um dos métodos de aceleração de uma reação química é a catálise, que é realizada com a ajuda de substâncias (catalisadores).

Catalisadores- são substâncias que alteram a velocidade de uma reação química devido à participação repetida na interação química intermediária com os reagentes da reação, mas após cada ciclo da interação intermediária eles restauram sua composição química.

O mecanismo de ação do catalisador é reduzido a uma diminuição na energia de ativação da reação, ou seja, uma diminuição na diferença entre a energia média das moléculas ativas (complexo ativo) e a energia média das moléculas das substâncias iniciais. Isso aumenta a velocidade da reação química.

As reações químicas ocorrem em velocidades diferentes. Alguns deles são completamente concluídos em pequenas frações de segundo, outros são realizados em minutos, horas, dias; são conhecidas reações que requerem vários anos para prosseguir. Além disso, a mesma reação pode ocorrer rapidamente sob certas condições, por exemplo, a temperaturas elevadas, e lentamente sob outras, por exemplo, após resfriamento; neste caso, a diferença na velocidade da mesma reação pode ser muito grande.

Ao considerar a questão da velocidade de uma reação química, é necessário distinguir entre reações que ocorrem em um sistema homogêneo (reações homogêneas) e reações que ocorrem em um sistema heterogêneo (reações heterogêneas).

DEFINIÇÃO

sistema Em química, costuma-se referir a uma substância ou a um conjunto de substâncias em consideração. Neste caso, o sistema se opõe ao ambiente externo - as substâncias que cercam o sistema.

Existem sistemas homogêneos e heterogêneos. homogêneoé chamado um sistema que consiste em uma fase, heterogêneo- um sistema constituído por várias fases. Estágio chamada de parte do sistema, separada de suas outras partes pela interface, ao passar pela qual as propriedades mudam abruptamente.

Um exemplo de sistema homogêneo pode ser qualquer mistura de gases (todos os gases a pressões não muito altas se dissolvem indefinidamente um no outro) ou uma solução de várias substâncias em um solvente.

Exemplos de sistemas heterogêneos incluem os seguintes sistemas: água com gelo, solução saturada com sedimento, carvão e enxofre no ar.

Se a reação ocorre em um sistema homogêneo, ela ocorre em todo o volume desse sistema. Se a reação ocorre entre substâncias que formam um sistema heterogêneo, então ela só pode ocorrer nas interfaces das fases que formam o sistema. A este respeito, a velocidade de uma reação homogênea e a velocidade de uma reação heterogênea são definidas de forma diferente.

DEFINIÇÃO

A velocidade de uma reação homogênea chamada de quantidade de uma substância que entra em uma reação ou é formada durante a reação por unidade de tempo em uma unidade de volume do sistema.

A velocidade de uma reação heterogênea chamado a quantidade de uma substância que entra em uma reação ou é formada durante a reação por unidade de tempo por unidade de área da superfície da fase.

Ambas as definições podem ser escritas em forma matemática. Vamos introduzir a notação: υ homogêneo - taxa de reação em um sistema homogêneo; υ heterógeno - a taxa de reação em um sistema heterogêneo; n - o número de moles de qualquer uma das substâncias resultantes da reação; V é o volume do sistema; tempo t; S é a área de superfície da fase na qual a reação ocorre; Δ - sinal de incremento (Δn = n 2 -n 1; Δt = t 2 -t 1). Então

υ homogêneo = Δn / (V× Δt);

υ heterogêneo = ∆n / (S × ∆t).

A primeira dessas equações pode ser simplificada. A razão entre a quantidade de substância (n) e o volume (V) do sistema é a concentração molar (c) da substância: c=n/V, de onde Δc=Δn/V e finalmente:

υ homogêneo = ∆c / ∆t.

Exemplos de resolução de problemas

EXEMPLO 1

Exercício	Faça fórmulas para dois óxidos de ferro se as frações mássicas de ferro neles forem 77,8% e 70,0%.
Solução	Encontre a fração de massa em cada um dos óxidos de cobre: ω 1 (O) \u003d 100% - ω 1 (Fe) \u003d 100% - 77,8% \u003d 22,2%; ω 2 (O) \u003d 100% - ω 2 (Fe) \u003d 100% - 70,0% \u003d 30,0%. Vamos denotar o número de mols de elementos que compõem o composto como "x" (ferro) e "y" (oxigênio). Então, a razão molar ficará assim (os valores das massas atômicas relativas retirados da Tabela Periódica de D.I. Mendeleev são arredondados para números inteiros): x:y \u003d ω 1 (Fe) / Ar (Fe) : ω 1 (O) / Ar (O); x:y = 77,8/56: 22,2/16; x:y = 1,39: 1,39 = 1: 1. Assim, a fórmula do primeiro óxido de ferro será FeO. x:y \u003d ω 2 (Fe) / Ar (Fe) : ω 2 (O) / Ar (O); x:y = 70/56: 30/16; x:y = 1,25: 1,875 = 1: 1,5 = 2: 3. Assim, a fórmula do segundo óxido de ferro será Fe 2 O 3 .
Responda	FeO, Fe2O3

EXEMPLO 2

Exercício	Faça uma fórmula para o composto de hidrogênio, iodo e oxigênio, se as frações de massa dos elementos nele: ω(H) = 2,2%, ω(I) = 55,7%, ω(O) = 42,1%.
Solução	A fração de massa do elemento X na molécula da composição HX é calculada pela seguinte fórmula: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Vamos denotar o número de mols de elementos que compõem o composto como "x" (hidrogênio), "y" (iodo), "z" (oxigênio). Então, a razão molar ficará assim (os valores das massas atômicas relativas retirados da Tabela Periódica de D.I. Mendeleev serão arredondados para números inteiros): x:y:z = ω(H)/Ar(H): ω(I)/Ar(I): ω(O)/Ar(O); x:y:z= 2,2/1: 55,7/127: 42,1/16; x:y:z= 2,2: 0,44: 2,63 = 5: 1: 6. Assim, a fórmula para combinar hidrogênio, iodo e oxigênio se parecerá com H 5 IO 6.
Responda	H5IO6